DE3105253A1 - Saegezahnspannungsgenerator - Google Patents

Description

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6.2.1981 Rs/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Sägeζahnspannungsgenerator
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sägezahnspannungsgenerator nach der Gattung des Hauptanspruches, wie er insbesondere für die Vervendung als Takt- und Referenzspannungsgenerator einer elektronischen Kraftfahrzeug-Heizungsregelung vorteilhaft verwendbar ist. Ein solcher Sägezahnspannungsgenerator ist bereits vorgeschlagen worden, wobei die Ausgangsspannung an einem Kondensator abgegriffen wurde, der über einen ersten niederohmigen Widerstand aufladbar und über einen anderen, höherohmigen Widerstand mit größerer Zeitkonstante entladbar war. So ergaben sich zwei RC-Glieder, wobei das C-Glied jeweils das gleiche, die R-Glieder jedoch unterschiedlich waren. Das erste RC-Glied bestimmt die Anstiegsflanke, das weitere RC-Glied die Abfallflanke der Sägezahnspannung. Dieser Sägezahnspannungsgenerator besaß also

aufgrund des niederohmigen Ladewiderstandes eine sehr steil ansteigende Flanke der Sägezahnspannung, so daß die Taktzeit nahezu ausschlielich von der Entladezeitkonstante des Entladekreises des Kondensators bestimmt war.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sägezahnspannungsgenerator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kurvenform der Abfallflanke unabhängig von der Taktzeiteinstellung eingestellt werden kann. Diese Kurvenform ist in weiten Grenzen in Richtung schärferer Krümmung veränderbar, wobei die Dimensionierung der Schaltung völlig unkritisch ist. Es ergibt sich ein stetiger Kurvenverlauf ohne Knickstellen mit einer weitgehend frei wählbaren Mchtlinearität der Abfallflanke, welche zur Erzielung besonderer Effekte bei einer nachgeschalteten Regelungsanordnung benutzt wird. Der erfindungsgemäße Sägezahnspannungsgenerator soll insbesondere verwendet werden bei einer elektronischen Heizungsregelung als Taktgenerator und Referenzspannungserzeuger für die Impulsbreitenmodulation des Ausgangssignals. Bei den hierfür bisher bekannten Schaltungen von Sägezahnspannungsgeneratoren war es nicht möglich, die Kurvenform der Sägezahnspannung nennenswert zu beeinflussen, was aber notwendig ist bei der Anwendung in einer elektronischen Heizungsregelung, um durch Erzeugung einer geeigneten Kichtlinearität der Abfallflanke der Sägezahnspannung die Nichtlinearität des verwendeten Stellgliedes zu kompensieren. Im genannten Anwendungsfall besteht die zu kompensierende Nichtlinearität in der Charakteristik des Wärmetauschers und des Heizwasserventils.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Sägezahnspannungsgenerators möglich. Besonders vorteilhaft zum Aufbau einer betriebssicheren einfachen Schaltung ist es dabei, ■wenn der erste Kondensator mit dem weiteren Kondensator in an sich bekannter Weise im wesentlichen über den gleichen niederohmigen Ladekreis auf etwa die gleiche Spannung aufladbar ist, dann jedoch über einen separaten Entladekreis mit einer weitgehend frei wählbaren Zeitkonstante auf eine höhere Spannung entladen wird. Zweckmäßigerweise wird die geforderte Ausgangsspannungs mitteils eines als Komparator arbeitenden Operationsverstärkers erzeugt, dessen nicht invertierender Eingang am Verbindungspunkt eines an eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung angeschlossenen Referenzspannungs teilers liegt und dessen Ausgang einerseits über einen ohmschen Widerstand auf den nicht invertierenden Eingang mitgekoppelt und über ein Verzögerungsglied gegengekoppelt ist. Eine derartige, an sich ebenfalls bekannte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erlaubt es, mit wenigen Bauteilen eine betriebssichere und einfache Schaltungsanordnung aufzubauen. Dabei wird der erste Kondensator im Bereich der Abfallflanke des Sägezahns in Richtung des am Ausgang des Operationsverstärkers anliegenden Massepotentials entladen, während für den weiteren Kondensator als Entladespannung eine Spannung größer Null vorgegeben ist. Vorteilhafterweise wird die Anordnung dabei so getroffen, daß sich der weitere Kondensator während der Entlade-

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zeit auf die Referenzspannung der unteren Schaltschwelle des Operationsverstärkers entlädt.

Zeichnung

Ein Ausf ührungs"b ei spiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Schaltungsanordnung in einfacher Schaltungsausführung und Figur 2 ein zugehöriges Spannungsdiagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Figur 1 ist mit U eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung bezeichnet, wobei es sich vorzugsweise um das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges handelt. Die Gleichspannung liegt an einem Anschluß eines Widerstandes R1, dessen anderer Anschluß mit dem zweiten Spannungsteilerwiderstand R2 und dieser wiederum mit Masse verbunden ist. An die Verbindungsleitung zwischen den Widerständen R1 und R2 ist über einen Widerstand R6 der nicht invertierende Eingang und über einen Kondensator C2 der invertierende Eingang eines Operationsverstärkers 10 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 10 ist einerseits über einen Widerstand R3 auf den Referenzspannungsteiler R1, R2 mitgekoppelt und andererseits über einen Widerstand Hk und eine hierzu parallelliegende Reihenschaltung aus einem Widerstand R5 und einer Diode D1 auf seinen invertierenden Eingang gegengekoppelt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 10 liegt weiterhin über einen Kondensator C1 an Masse.

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An den Verbindungspunkt des Widerstandes R5 und der Anode der Diode D1 ist weiterhin die Anode einer Diode D2 angeschlossen, deren Kathode an eines Verbindungspunkt 11 liegt. An diesem Verbindungspunkt 11 wird die sägezahnförmige Ausgangsspannung U abgegriffen. Ferner sind an diesen Verbindungspunkt 11 der eine Belag eines Kondensators C3, dessen anderer Belag auf Massepotential liegt, sowie das eine Ende eines weiteren Widerstandes R7 angeschlossen, dessen anderes Ende ebenfalls an der Verbindungsleitung zwischen den Spannungsteilerwiderständen R1 und B2 liegt.

Der Kondensator C2 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 10 dient zur Unterdrückung von Störspannungen, der Widerstand Rö am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 10 wirkt als Schutz vor Spannungsspitzen.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:

Beim Einschalten der Gleichspannungsversorgungseinrichtung U gelangt positives Potential auf den nicht inver-

tierenden Eingang des Operationsverstärkers 10, der Kondensator C1 ist ungeladen. Wegen der anfallenden Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers liegt an dessen Ausgang die maximale Ausgangsspannung, die etwa der positiven Versorgungsspannung entspricht, so daß der Kodensator C1 über die Widerstände RU und R5 aufgeladen wird. Der Widerstand R5 ist dabei wesentlich niederohmiger als der Widerstand R^,

so daß über RU praktisch kein Ladestrom in den Kondensator C1 fließt. Gleichzeitig fließt ein Ladestrom über den gleichen Widerstand R5 in praktisch gleicher Höhe über die Diode D3 in den Kondensator C3. Dieser wird so in gleicher Zeit auf die gleiche Spannung aufgeladen wie der Kondensator C1, was aus dem Diagramm in Figur 1 im Bereich der Anstiegsflanke zu ersehen ist.

!lach sehr kurzer Aufladezeit ist die Differenz an den beiden Eingängen des Operationsverstärkers so gering geworden, daß die obere Schaltschwelle erreicht ist·. Der Ausgang des Operationsverstärkers springt auf den minimalen Ausgangsspannungswert, der etwa Massepotential entspricht. Von diesem Zeitpunkt ab wird der Kondensator C1 über den Widerstand RU gegen Masse entladen, der Kondensator C3 entlädt sich über den Widerstand RT in Richtung einer Spannung, welche größer als O Volt ist.

Der Widerstand R3 wirkt als Mitkopplungswiderstand auf den Referenzspannungsteiler R1, R2. Die Widerstände RU und R5 sowie die Diode D1 und der Kondensator C1 bilden die Gegenkopplung des Operationsverstärkers 10. Da die Aufladung des Kondensators C1 über den sehr niederohmigen Widerstand R5 und die Diode D1 besonders rasch erfolgt, wie aus der steil ansteigenden Flanke der Sägezahnspannung in Figur 2 ersichtlich ist, wird die Taktzeit des Generators nahezu ausschließlich von der Entladezeitkonstante aus den Widerständen RU und C1 bestimmt.

Um eine in weiten Grenzen frei einstellbare Kurvenform der Abfallflanke der Sägezahnspannung zu erhalten ist der Schaltungsanordnung das Netzwerk aus dem Widerstand RT, der Diode D2 und dem Kondensator C3 angefügt. Der Kondensator C3 wird über den niederohmigen Widerstand R5

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und die Diode D2 während der Aufladezeit des Kondensators C1 auf nahezu die gleiche Spannung aufgeladen wie der Kondensator C1. Die beiden Spannungsspitzen in Figur 2 fallen also zusammen. Der über den Widerstand R7 fließende Ladestrom des Kondensators C3 ist vernachlässigbar, ebenso der durch Fertigungstoleranzen bedingte geringfügige Unterschied zwischen den beiden gleichartigen Dioden D1 und D2. Während der Entladezeit des Kondensators C1 entlädt sich auch der weitere Kondensator C3, jedoch nicht wie der Kondensator C1 über den Widerstand Rh nach Massepotential am Ausgang des Operationsverstärkers, sondern über den Widerstand R7 auf eine Spannung größer 0 Volt, z.B. auf die Referenzspannung der unteren Schaltschwelle des Operationsverstärkers. Dabei besteht die Bedingung, daß diese untere Schaltschwelle, dargestellt durch die Widerstände R1, R2 und R3 ausreichend niederohmig ist oder daß sie gegebenenfalls über einen als Spannunsfolger arbeitenden, nicht dargestellten weiteren Operationsverstärker abgekoppelt ist gegenüber dem Entladewiderstand RT. Da die Entladezeitkonstante für die Anordnung aus dem Widerstand R7 und dem Kondensator C3 völlig unabhängig von der Zeitkonstante des die Taktzeit bestimmenden Gliedes aus dem Widerstand B.k und dem Kondensator C1 einstellbar ist, kann am Kondensator C3 eine Sägezahnspannung mit nahezu beliebiger spitzer Kurvenform oder schärferer Krümmung als am Kondensator C1 erzeugt werden. Die am Kondensator C1 abfallende Spannung ist in Figur 2 mit gestrichelten Linien angedeutet und zeigt deutlich den Unterschied in der Nichtlinearität der Kurven. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird es mög-

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lieh, die Kurvenform der Abfallflanke der Sägezahnspannung frei einstellbar zu machen, entsprechend der gewünschten
Hiehtlinearität zur Kompensation anderer Nichtlinearitäten einer Regelungsanordnung.

Schaltungsalternativen zum Operationsverstärker 10 können derart ausgebildet sein, daß der Verstärker mit diskreten Transistoren aufgebaut ist.

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Claims (1)

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   Ansprüche

   Sägezahnspannungsgenerator, insbesondere für die Verwendung als Takt- und Referenzspannungsgenerator einer elektronischen Kraftfahrzeug-Heizungsregelung, dadurch gekennzeichnet, daß für die Takt Zeitfestlegung und für die KurvenformbeStimmung separate RC-Glieder {"Rk , C-1 ;
   RT, C3) Verwendung finden.

   2. Sägezahnspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kurvenform der ATafallflanke des Sägezahns "bestimmende RC-Glied (RT, C3) einen separaten Entladewiderstand (RT) für einen separaten
   Kodensator (C3) aufweist, an welchem die Ausgangsspannung

   (U , U 3) angreifbar ist und daß die "beiden RC-Glieder a L·

   (RU, C1; RT, C3) über Dioden (D2, P3) voneinander abgekoppelt sind.

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   3. Sagezahnspannungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kurvenform bestimmende Kondensator (C3) mit dem ersten Kondensator (C1) aufladbar, jedoch über einen separaten Widerstand (RT) auf einen vorgegebenen Wert entladbar ist.

   h. Sagezahnspannungsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (C1) mit dem weiteren Kondensator (C3) im wesentlichen über den gleichen niederohmigen Ladekreis (R5₅ D1, D2) auf etwa die gleiche Spannung aufladbar und über einen separaten Entladekreis (RT) mit einer weitgehend frei wählbaren Zeitkonstanten auf eine andere, vorzugsweise höhere Spannung entladbar ist, so daß die Ausgangsspannung (Ua=U_n3)eine steile Anstiegsflanke und eine nichtlineare, wesentlich flachere Abfallflanke besitzt.

   5. Sagezahnspannungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (Ua) mit einem als Komparator arbeitenden Operationsverstärker (10) erzeugt wird, dessen nicht invertierender Eingang am Verbindungspunkt eines an eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung (U„) angeschlossenen Referenzspannungsteilers (R1, R2) liegt und dessen Ausgang einerseits über einen ohmschen Widerstand (R3) auf den nicht invertierenden Eingang mitgekoppelt und über ein Verzögerungsglied (RU, R5, D1, C1) gegegengekoppelt ist.

   6. Sägezahnspannungsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der die Kurvenform bestimmende Kondensator (C3) während der Entladezeit
   auf eine vorgegebene Referenzspannung, vorzugsweise auf die Referenzspannung der unteren Schaltschwelle des zeitbestimmenden Schaltkreises, insbesondere des Operationsverstärkers (10) entlädt.